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</p><h2>1 線性損傷模型與塑性模型</h2><p>本節簡要介紹構成混凝土塑性損傷模型的線性損傷模型與塑性模型(Hibbitt等，2003)。

混凝土在外載荷作用下的非線性行為中同時包含微裂縫和塑性流動這兩種微觀機制的影響。在考慮混凝士等準脆性材料的非彈性力學行為方面，連續損傷力學模型可以通過不同的方式來描述材料剛度和強度的退化以及單邊效應。真正意義上的彈塑性損傷本構模型：不僅考慮卸載時不可恢復塑性變形的影響，而且還應該考慮損傷和塑性的雙向耦合效應。

本構模型的實現算法摘抄自DeBorst的書籍《Nonlinear Finite Element Analysis of Solids and Structures》，基本如下： 為了簡化模型，筆者將書中損傷部分做了簡化，不再采用損傷屈服面進行判定。損傷影子w的計算直接由塑性等效應變確定。

但是ABAQUS塑性損傷模型除了能模擬單調加載的混凝土行為外，更重要的功能就是模擬循環、動態荷載下的混凝土反應，在結構的抗震性能分析能起到很好的作用。在動荷載作用下，混凝土在受力過程中拉伸和壓縮都會產生損傷造成的裂縫開展，從而導致材料剛度退化。

Johnson-cook 損傷起始準則是延性損傷準則模型的一個特例，用于預測延性金屬中孔洞的形核、生長和聚結導致的損傷起始。該模型假設損傷開始時的等效塑性應變是應力三軸性和應變率的函數。同時可以考慮溫度的影響。包含的材料參數有：失效相關參數：d1-d5。

混凝土塑性損傷模型在工程上應用較為廣泛，同類型的本構模型多內置于各類仿真軟件中，供用戶模擬混凝土結構的破壞和受力情況。本文根據Peter Grassl 和 Milan Jira′sek 2006年的文章《Damage-plastic model for concrete failure》進行本構模型代碼復現，并對文中的模型進行了一些簡化。

【圖一】單軸壓縮模型（左側）、材料模型CDP定義塑性、但沒有定義損傷參數。

損傷基于經典的JC損傷，并等效的對應力進行退化拉伸模型網格劃分（每個單元表示一個單獨取向的晶粒，即初始的取向不同）局部斷裂時溫度場分布（初始293K，假設taylor-Q系數為0.95）局部斷裂時局部位錯密度分布（僅考慮統計儲存位錯密度）局部斷裂時損傷分布局部斷裂時等效塑性應變分布局部斷裂時mises等效應力分布

ABAQUS提供三種混凝土本構關系模型，分別為脆性開裂模型、彌散開裂模型及損傷塑性模型，其中，混凝土損傷塑性 (Concrete Damaged Plasticity，CDP)模型是通過將各向同性下損傷彈性與拉伸和壓縮塑性相結合的方式來對混凝土的非彈性行為進行描述的，適用于Standard和Explicit兩大求解模塊，可用于模擬混凝土在任意荷載作用下的受力情況，同時考慮了由于拉、壓塑性應變導致的彈性剛度的退化以及循環荷載作用下剛度的恢復

對于纖維增強復合材料的模擬，在<a href="/major/ABAQUS中，集成了二維Hashin失效準則與多種損傷演化準則，但缺少三維的復合材料本構模型。參考一篇已發表的SCI文章，使用Fortran語言建立三維平紋織物復合材料彈塑性、漸進損傷本構模型-Vumat子程序。平紋織物復合材料在1方向和2方向絲束性能近似相同。

求助：請問混凝土塑性損傷模型的損傷因子什么情況下可以不定義，什么情況下要定義？比如我現在單調受彎加載該構件，那該構件（塑性損傷模型）需不需要定義損傷因子？

在鋼筋混凝土梁的塑性損傷研究中，這一方法能夠詳細分析結構在不同荷載條件下的力學行為，并預測損傷的發生和發展過程。基本原理包括有限元離散化，即將連續的梁結構分割成小單元，以及數值計算方法，通過計算機模擬各單元之間的力學響應。 塑性損傷模型是有限元模擬中的核心部分，它通過引入損傷因子來描述混凝土材料在受到拉伸或壓縮荷載時的塑性變形和損傷演化。

預測的頸縮形狀（即頸縮區域的長度和最小片材厚度）的最大誤差約為24%。在三種基于應變的損傷模型中，最大剪切應變損傷模型預測頸縮角最準確，誤差為12%。結果表明，具有損傷模型的CPFEM可以合理地預測頸縮行為和頸縮方向，而沒有任何初始缺陷。

為了避免此類數值求解問題發生，我們會使用非局部效應（不考慮局部效應）總等效塑性應變來計算損傷變量，由結構過程計算的總等效塑性應變場被轉換為非局部效應（交錯方法），意味著將局部值“擴散”為非局部值，應變擴散由長度參數控制，以這種方式，應變局部效應不受定單元網格尺寸控制，而是受“非局部長度參數”限制（這與真實材料中發生的情況類似，應變局部效應將分布在相對較小的區域上），換句話說，該分析對網格細化不敏感。